專利名稱：一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種背光系統(tǒng)，特別涉及一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng) 技術(shù)背景近年來，平板顯示器的市場隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展越來越大，其中，液晶顯示器 (Liquid Crystal Display，LCD)占平板顯示的份額接近90%。液晶顯示器作為一種被動發(fā) 光器件，本身不會發(fā)光，對于透射型液晶顯示器，必須依靠背光光源將光線穿過顯示面板， 展現(xiàn)圖形圖像。冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)和發(fā)光二極管(Light Emitting Diodes，LED)是目前液晶背光的兩種主要技術(shù)。其中CCFL背光技術(shù)成熟，各種 配套的光學(xué)器件比較完善；LED背光色彩還原性好、能耗低、壽命長、響應(yīng)速度快、材料無環(huán) 境公害、整體產(chǎn)品更輕薄、不含易碎部件等等。目前LED正迅速成為LCD背光的主流技術(shù)， 各種針對LED設(shè)計的背光組件也越來越多。LCD背光根據(jù)其光學(xué)結(jié)構(gòu)分為Edge Lighting (側(cè)下式)和DirectLighting (直下 式)兩種。側(cè)下式的光源布置在IXD面板側(cè)面，通過Light Guide Plate (導(dǎo)光板)將光線 均勻分布到面板上，直下式的光源直接布置在液晶面板下方，不需要導(dǎo)光板。無論是側(cè)下式 還是直下式背光，都需要擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)薄膜將均勻照度轉(zhuǎn)化為適合于觀眾觀看的 亮度分布。一般來說，側(cè)下式LCD背光整體厚度更薄，適用于中小尺寸顯示器；直下式LCD 背光光線均勻度高，不受顯示器尺寸制約，易于實現(xiàn)動態(tài)區(qū)域?qū)Ρ榷瓤刂?。在?cè)下式LCD背光中，光源出射的光線耦合到導(dǎo)光板的過程中會發(fā)生光能量損 耗，導(dǎo)光板將水平方向入射的光線轉(zhuǎn)向到LCD面板方向的過程中，也存在能量損耗，耦合效 率和導(dǎo)光效率共同制約了側(cè)下式背光的整體光效，一般來說，實際的側(cè)下式背光系統(tǒng)的整 體光效不高于75%，不利于實現(xiàn)節(jié)能顯示器；而且目前導(dǎo)光板的導(dǎo)光面積有一定限制，單 塊導(dǎo)光板的導(dǎo)光面積一般小于30英寸對角線，超大尺寸顯示器要使用多塊導(dǎo)光板，增加了 光學(xué)設(shè)計的難度和系統(tǒng)的復(fù)雜度。直下式背光中，由于CCFL背光的燈管體積較大，一般使用LED技術(shù)。在直下式LED背光中，一種技術(shù)方案如美國專利US6607286和US6679621所述， 使用了側(cè)面發(fā)光LED (Side Emitter LED)，LED出射的光能量集中在水平方向士20°的范 圍內(nèi)。在這種基于側(cè)面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)中，背光腔的內(nèi)壁涂覆以高反射率材料，LED發(fā) 出的光線在背光腔內(nèi)反復(fù)反射，最終在面板處形成均勻的光能量分布。這種背光結(jié)構(gòu)均勻 度較高，但是光線在反復(fù)反射的過程中損失了很多能量，整體光效偏低，而且整體厚度也偏 大。另一種技術(shù)方案是將LED在面板下方分布式排布，由于LED出光能量的空間角度分布一 般集中在軸線方向，LED需要與LCD面板相距一定距離，才能保證目標(biāo)面照度均勻，一般來 說，分布式LED直下式背光的厚度要大于側(cè)下式LED背光。為了減小分布式LED直下式背光 的厚度，一種技術(shù)方案是增加分布式排布LED的排布密度，可以在一定程度上減小系統(tǒng)厚 度，但是這種技術(shù)方案會導(dǎo)致LED的數(shù)目急劇增加，22寸面板使用LED的數(shù)目已超過1000 顆，會帶來光源一致性、可靠性、電源驅(qū)動等一系列問題；另一種方法是使用二次透鏡增大
3LED出光角度，同樣可以減小系統(tǒng)厚度，目前已有經(jīng)過精密光學(xué)設(shè)計的自由曲面透鏡應(yīng)用到 LED背光之中，但是使用二次透鏡改變光線出射方向時，由于全內(nèi)反射的存在，光線出射角 度并不能增大太多，則背光系統(tǒng)厚度減小的程度也有限，相比側(cè)下式背光還有一定差距。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，提供了一種照度均勻，系統(tǒng)整體厚度小，光效 高，而且便于安裝和散熱設(shè)計的包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)。為解決上述問題，本實用新型的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光 源、具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板、背光腔以及擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)膜層。所述背光腔為一封閉的腔體，其底部為具有高反射率的自由曲面反射面，背光腔 由具有高反射率的側(cè)壁和底部的自由曲面反射面以及置于背光腔頂部的擴(kuò)散膜共同界定， 在擴(kuò)散膜之上設(shè)有增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板，其中背光腔側(cè)壁和其底部自由曲面反射 面的反射率大于70% ；所述光源位于背光腔底部，呈線形排布，安裝在自由曲面反射面的軸線上，出光方 向與IXD面板相對；背光腔中設(shè)有一個具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板位于光源正上方，其透 射率及反射率根據(jù)需要選擇，外形為平板狀但不限于平板狀，也可以為拋物面、球面等外 形。所述光源所發(fā)射光線的光譜應(yīng)滿足液晶面板所需背光源的要求，其可以為冷陰極 管(CCFL)或發(fā)光二極管(LED)，若光源為LED，則可以為白光LED或三基色(RGB)LED;若使 用白光LED，則每一顆白光LED構(gòu)成一個背光單元(BLU)；若采用三基色(RGB) LED，則一顆 紅色，一顆藍(lán)色，兩顆綠色共四顆LED構(gòu)成一個背光單元BLU，但一個背光單元內(nèi)不同波長 LED的組成方式不限于以上形式；LED的封裝形式可以為含透鏡的表面貼片封裝或其他封 裝形式。若光源為CCFL，則其天然為線形光源；若光源為LED，則各個背光單元(BLU)亦應(yīng) 呈線形排布，安裝在自由曲面反射面的軸線上，出光方向與LCD面板相對。所述的自由曲面反射面在整體背光系統(tǒng)中可為一個或多個陣列排布的自由曲面 反射面；若使用陣列排布的多個自由曲面反射面，則每個自由曲面反射面對應(yīng)于一個獨(dú)立 的封閉的背光子腔，多個封閉的背光子腔緊密陣列排布構(gòu)成整體背光腔，或由多個自由曲 面反射面連接后對應(yīng)于一個整體的封閉的背光腔。為實現(xiàn)背光腔頂面的均勻照度分布，系統(tǒng)中各個光學(xué)器件的作用如下光源出射 的大部分光線直接到達(dá)半透半反光學(xué)板，其余小部分直接到達(dá)背光腔頂部；到達(dá)半透半反 光學(xué)板的光線中的透射部分穿過半透半反光學(xué)板到達(dá)背光腔頂部，反射部分到達(dá)自由曲面 反射面，自由曲面反射面對這些光線進(jìn)行二次反射，最終也到達(dá)背光腔頂部，通過精確控制 其反射方向得到背光腔頂面的均勻照度分布；背光腔側(cè)壁將少部分沒有到達(dá)背光腔頂部的 光線也反射到背光腔頂部，以提高背光腔頂面的照度均勻度；最終，背光腔頂部的擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)膜層，將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需的亮 度分布。采用本實用新型的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，通過自由曲面反射面精 確控制光線反射方向和通過半透半反光學(xué)板的透光和反射使得光源位于背光腔底部，具有照度均勻，系統(tǒng)整體厚度小，光效高，而且便于安裝和散熱設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本實用新型的第一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1沿A-A方向的剖視圖；圖3為本實用新型的第二種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3沿A-A方向的剖視圖；圖5為本實用新型的第三種具體實施方式
的符視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5沿A-A方向的剖視圖。圖7為本實用新型的第四種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7沿A-A方向的剖視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型的實施例實施例1如圖1和圖2所示，一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板4，以及擴(kuò)散膜5、第一層增亮膜61和第二層增亮膜62。所述背光腔3為一封閉的腔體，其底部為具有高反射率的自由曲面反射面2，背光 腔3由具有高反射率的側(cè)壁和底部的自由曲面反射面2以及置于背光腔3頂部的擴(kuò)散膜5 共同界定，在擴(kuò)散膜5的上面設(shè)有第一層增亮膜61和第二層增亮膜62及LCD面板；其中背 光腔3側(cè)壁和其底部的自由曲面反射面2的反射率大于70% ；本實施例中所述的光源1為白光LED，每顆白光LED組成一個背光單元，各背光單 元線形排布，安裝在背光腔3底部自由曲面反射面2的軸線上，出光方向與LCD面板相對， 置于背光腔3內(nèi)的具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板4位于光源1正上方；由半透半反光學(xué)板4、 具有高射率的背光腔3的側(cè)壁和底部的自由曲面反射面2共同控制光源1出射光線的走 向，在背光腔3頂面形成均勻照度分布，最終，背光腔3頂部的擴(kuò)散膜5、第一層增亮膜61、 第二層增亮膜62等光學(xué)膜層，將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需的亮度分布。實施例2 如圖3和圖4所示，一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板4，以及擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ；整體結(jié)構(gòu)與 實施例1相似，主要區(qū)別為本實施例中的光源1為冷陰極管(CCFL)；實施例3如圖5、圖6所示，一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板4，以及擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ；整體結(jié)構(gòu)與 實施例1相似，主要區(qū)別為本實施例中的光源1為三基色LED，由一顆紅色LED11，一顆藍(lán)色LED12，兩顆綠色 LED13共四顆LED構(gòu)成一個背光單元BLU，各背光單元線形排布，安裝在背光腔3底部自由 曲面反射面2的軸線上，出光方向與LCD面板相對。實施例4[0036]如圖7和圖8所示，一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板4，以及擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ；所述背光腔 3由2X 1陣列排布的背光子腔31構(gòu)成。每個背光子腔31均為一封閉的腔體，其由具有高反射率的側(cè)壁和底部的自由曲 面反射面21以及置于背光腔3頂部的擴(kuò)散膜5共同界定，在擴(kuò)散膜5的上面設(shè)有第一層增 亮膜61和第二層增亮膜62及LCD面板，其中自由曲面反射面21和背光子腔31的側(cè)壁的 反射率大于70%。本實施例中所述的光源1為白光LED，每顆白光LED組成一個背光單元，各背光單 元線形排布，安裝在背光子腔31底部自由曲面反射面21的軸線上，出光方向與LCD面板相 對；置于背光子腔31內(nèi)的具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板4位于光源1正上方；由半透半反光 學(xué)板4、具有高射率的背光子腔31的側(cè)壁和底部的自由曲面反射面21共同控制光源1出射 光線的走向，兩個均勻照度分布的區(qū)域組合，在背光腔3頂面形成均勻照度分布；擴(kuò)散膜5、 第一增亮膜61、第二增亮膜62等光學(xué)膜層置于背光腔3之上，將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需 的亮度分布。
權(quán)利要求一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源(1)，背光腔(3)，其特征在于所述背光腔(3)為一封閉的腔體，其底部為具有高反射率的自由曲面反射面(2)，背光腔(3)由具有高反射率的側(cè)壁和底部的自由曲面反射面(2)以及置于背光腔(3)頂部的擴(kuò)散膜(5)共同界定，在擴(kuò)散膜(5)的上面設(shè)有增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板；所述光源(1)位于背光腔(3)底部，呈線形排布，安裝在自由曲面反射面(2)的軸線上，出光方向與LCD面板相對；在背光腔(3)中設(shè)有一個具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板(4)位于光源(1)正上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述光 源(1)所發(fā)射光線的光譜應(yīng)滿足液晶面板所需背光源的要求，光源(1)為冷陰極管(CCFL) 或發(fā)光二極管(LED)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述光 源(1)若為LED，則可以為白光LED或三基色(RGB)LED ；若使用白光LED，則每一顆白光LED 構(gòu)成一個背光單元(BLU)；若采用三基色(RGB) LED，則由一顆紅色，一顆藍(lán)色，兩顆綠色共 四顆LED構(gòu)成一個背光單元BLU，但一個背光單元內(nèi)不同波長LED的組成方式不限于以上形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述光 學(xué)板(4)的透射率及反射率根據(jù)需要選擇，其外形為平板狀但不限于平板狀，也可以為拋 物面、球面等外形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述的 背光腔(3)側(cè)壁和其底部的自由曲面反射面(2)的反射率大于70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述的 自由曲面反射面(2)在整體背光系統(tǒng)中可為一個或多個陣列排布的自由曲面反射面(21)； 若使用陣列排布的多個自由曲面反射面(21)，則每個自由曲面反射面(21)對應(yīng)于一個獨(dú) 立的封閉的背光子腔(31)，多個封閉的背光子腔(31)緊密陣列排布構(gòu)成整體背光腔(3)； 或多個自由曲面反射面(21)連接后對應(yīng)于一個整體的封閉的背光腔(3)。
專利摘要一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源(1)和背光腔(3)，所述背光腔(3)底部為具有高反射率的自由曲面反射面(2)，背光腔(3)由其側(cè)壁和底部的自由曲面反射面(2)以及置于背光腔(3)頂部的擴(kuò)散膜(5)共同界定，在擴(kuò)散膜(5)的上面設(shè)有增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板；光源(1)位于背光腔(3)底部，呈線形排布，安裝在自由曲面反射面(2)的軸線上；在背光腔(3)中設(shè)有一個具有半透半反性質(zhì)的光學(xué)板(4)位于光源(1)正上方。具有照度均勻，系統(tǒng)整體厚度小，光效高，而且便于安裝和散熱設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F21V7/10GK201731370SQ20102011051
公開日2011年2月2日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者劉宗源, 劉勝, 王愷, 羅小兵, 金春曉 申請人:廣東昭信光電科技有限公司